Estructura base de interoperabilidad semántica para el Sistema Eléctrico de

Distribución Inteligente (SEDI) de la CFE

AIUME 2011

Alfredo Espinosa Reza

Estado del arte en Redes Inteligentes

Asociación de Ingenieros Universitarios Mecánicos Electricistas A.C.

Evolución de las redes eléctricas

Redes tradicionales Redes actuales

Fuente: EPRI

Una Red Inteligente, en su concepción más simple, implica la unión

de la infraestructura eléctrica con la infraestructura de inteligencia

distribuida o de informática avanzada.

Smart Grid

Smart Grid

• Una definición (Mark McGranaghan):– Una red avanzada eléctrica y de telecomunicaciones con

sensores y dispositivos inteligentes que une todos los aspectos de la red, desde el productor hasta los consumidores y entrega una mayor capacidad operativa que:

1. Proporciona a los CONSUMIDORES información y herramientas para responder a las condiciones de la red eléctrica (incluido el precio y la confiabilidad) a través del uso de aparatos eléctricos y nuevos servicios (desde termostatos inteligentes hasta PHEV).

2. Asegura el uso EFICIENTE de la red eléctrica (optimización de los activos actuales mientras se integran tecnologías emergentes como las energías renovables y dispositivos de almacenamiento).

3. Aumenta la CONFIABILIDAD (protección de la red ante ataques cibernéticos y naturales, aumenta la calidad de la energía y promueve la detección temprana y la auto corrección de la red).

Smart Grid

• Se materializa en un sistema muy complejo (Sistema de Sistemas) que consiste de los siguientes componentes que interactúan:– Unidades de generación (tradicional, renovable, intermitente, distribuida,

almacenada).

– Aplicaciones que controlan la carga y la generación para mantener la integridad del sistema eléctrico.

– Aplicaciones de Transmisión y Distribución que minimizan el costo total y el costo del usuario final.

– Aplicaciones para controlar local y remotamente la carga de los usuarios finales.

– Comunicaciones y otras tecnologías para soportar las aplicaciones.

– Esquemas de seguridad informática avanzados y adaptivos en todos los componentes e interfaces de datos.

Smart Grid

El marco de referencia del NIST considera 7 dominios

Smart Grid - visión general

Centrales de generación

Automatización de subestaciones de

transmisión

Automatización de la distribución, subestaciones y alimentadores

Infraestructura de medición

avanzada

Redes en el hogar y

dispositivos

Integración de información empresarial

Normas(CIM)

Infraestructura de comunicaciones

Programa de operaciones(Scheduling)

Contratos(Seattlement)

Despacho/DSM

Transacciones(Trading)

Planeación de la operación DMS EMS

SCADA

Mercado de energía

Operaciones T&D

Planeación de la

expansión

Gestión del

mantto.Gestión de

activos

GIS OMS WFM

MDM CIS Atención a clientes Facturación

Planeación de T&D

Gestión de la distribución

Servicios al cliente

Smart Grid - visión general

Centrales de generación

Automatización de subestaciones de

transmisión

Automatización de la distribución,

subestaciones y alimentadores

Infraestructura de medición

avanzada

Redes en el hogar y

dispositivos

Integración de información empresarial

Normas(CIM)

Infraestructura de comunicaciones

Programa de operaciones(Scheduling)

Contratos(Seattlement) Despacho/DSM

Transacciones(Trading)

Planeación de la operación DMS EMS

SCADA

Mercado de energía

Operaciones T&D

Planeación de la

expansión

Gestión del

mantto.

Gestión de activos

GIS OMS WFM

MDM CIS Atención a clientes Facturación

Planeación de T&D

Gestión de la distribución

Servicios al cliente

Cap

acit

ació

n

Interoperabilidad de sistemas DMS para un Sistema Eléctrico de

Distribución Inteligente (SEDI)

Interoperabilidad

• La interoperabilidad se refiere a la capacidad de los equipos o sistemas heterogéneos para intercambiar procesos o datos.

• Una Red Eléctrica Inteligente es un sistema de sistemas, es decir, la arquitectura será una composición de varias arquitecturas de sistemas y subsistemas. Esto permitirá la máxima flexibilidad durante la implementación, pero al mismo tiempo exigirá una alta capacidad de integración de los nuevos sistemas con los sistemas legados.

Interoperabilidad

Interoperabilidad

• El GridWise Architecture Council (GWAC) desarrolló un modelo de referencia conceptual para la identificación de estándares y protocolos necesarios para asegurar la interoperabilidad, la seguridad informática y definir arquitecturas para sistemas y subsistemas en la Red Inteligente.

Niveles de interoperabilidad

Fuente: GridWise Architecture Council (GWAC)

Interoperabilidad

• Interoperabilidad técnica:– Abarca las conexiones físicas y las comunicaciones entre los

dispositivos o sistemas (contactos eléctricos, puertos USB). Enfatiza la sintaxis o formato de la información.

• Interoperabilidad informativa:– Cubre el contenido, la semántica y el formato de los datos o flujos

de instrucciones (como son el significado aceptado de los humanos y lenguajes de programación). Se centra en qué información es intercambiada y su significado.

• Interoperabilidad organizacional:– Cubre las relaciones entre las organizaciones e individuos y sus

partes del sistema, incluyendo las relaciones comerciales (contratos, propiedades, estructuras de mercado) y las relaciones jurídicas o legales (reglamentación, requisitos, protección de la propiedad física e intelectual). Enfatiza los aspectos pragmáticos (contexto, reglamentos, leyes), especialmente la gestión y mercado eléctrico.

Interoperabilidad semántica

• En los niveles de interacción semántica, el Modelo de Información Común (CIM) establecido en las normas IEC 61968 e IEC 61970 es un modelo abstracto de información estándar para empresas eléctricas basado en lenguaje UML.

• En el Modelo CIM se representan objetos del mundo real y sus relaciones, con el propósito de crear un sistema de información que pueda ser utilizado entre diferentes aplicaciones para el manejo e intercambio de datos de manera unificada e independiente de marcas, tecnologías y/o proveedores.

Modelo de

intercambio de

información

Sistemas de

planeación

Servicios Middleware de la norma IEC 61968

Ejemplo de implementación DMS

EMS OMS

Automatización

de la

distribución

Sistema de

información de

usuarios

Adaptador Adaptador Adaptador

Histórico de

eventos

Recursos

Humanos

Almacenes

de datos

Órdenes de

trabajo

Sistema

GIS

Sistemas

financieros

Topología de

distribución

Topología de

transmisión

Transmisión Subestaciones Dist. Usuarios

CallCenterDAC

= interfaz IEC 61968 = interfaz para sistemas legadosAdaptador

DAC = Adquisición y control

Considera enlaces externos

Modelo Semántico de CFE

Modelo Semántico de CFE

1. Mapear los conceptos del SED con los conceptos definidos en el Modelo CIM. Se debe usar tanto como sea posible la definición del Modelo CIM, considerando que ocasionalmente resultará imposible establecer la correspondencia exacta.

2. Extender el Modelo CIM. Mediante el uso de clases derivadas se deben agregar todos los conceptos del SED no considerados en el Modelo CIM, por ejemplo: datos de alimentadores, giro de los clientes, etc.

3. Generar el Perfil CIM/XML. A partir del modelo CIM extendido y con la herramienta opensource CIMtool, se genera el Perfil validado con las reglas de la ontología CIM. En este punto se cuenta con el Modelo Semántico que puede ser usado de diversas formas y tecnologías compatibles con CIM (R. García E., Et. Al.).

4. Implementar clases .NET. En función del Perfil, sus clases y relaciones (en UML), se deben implementar todas las clases en un lenguaje de programación Orientado a Objetos (OO) para utilizar el Perfil CIM/XML acorde al esquema RDF de la norma IEC 61970-501.

5. Desarrollar una aplicación que consuma las clases .NET. Además de utilizarlas, deberá tener acceso nativo a los sistemas fuente para extracción de datos, de manera que se genere un archivo de Instancia CIM/XML que pueda ser procesado acorde a las reglas de la Ontología CIM.

Modelo Semántico de CFE

División

Zona

Subestación

Voltaje Base

Arquitectura física

Arquitectura lógica

Gestión de clientes importantes

Gestión de clientes importantes

Pantalla principal y flujo para “Gestión de clientes importantes” en una Zona de Distribución

Gestión de clientes importantes

Pantalla principal de la aplicación para “Mapeo de clientes importantes”

Interoperabilidad del SimSED

Instancia CIM/XML

Export Import

Bus de interoperabilidad semántica

Perfil

Interoperabilidad del SimSED

Interoperabilidad del SimSED

Interoperabilidad del SimSED

Modelo Semántico de CFE

• Se cuenta con el Modelo Semántico para datos en tiempo real (SCADA) e históricos (SIMOCE y SimSED).

• Los datos en tiempo real se transfieren por una interfaz OPC-DA (Data Access) con sentido semántico.

• Los datos históricos se transfieren por una interfaz OPC-HDA (Historical Data Access) con sentido semántico.

• Los datos pueden ser consultados directo con OPC, o bien, mediante un servicio Windows se pueden publicar en Web o a un dispositivo móvil.

OPC tradicional:•Identificador•Valor numérico

OPC Semántico:•Origen (medidor)•Ubicación en la red•Identificador•Valor numérico•Unidades•Factor de escala

Contactos

Alfredo Espinosa Rezaaer@iie.org.mx

Gerencia de Supervisión de Procesos

www.iie.org.mx/automatiza

Instituto de Investigaciones Eléctricas

Benjamín Sierra Rodríguezbenjamín.sierra@cfe.gob.mx

Gerencia de Normalización de Distribución

www.lddis01.cfemex.com/apps/sdv3/portal.nsf

Subdirección de Distribución

Comisión Federal del Electricidad